kaiyunkaiyunkaiyun补充，又上日报了，写的比较晚，多谢夜猫，其实我觉得这才是我来知乎后最愿意答的一个问题啊，最起码明确下了身份，当然了还是给大家安利我和我的专栏“祖先”。（我发现我上日报的几乎都不是一开始高赞的答案）

　　谢，大晚上来答，一想到能答和自己老本行有关的东西不免有点小激动呢，多图预警。

　　相信我，为了答这个题我做了一晚上的图，就是为了让外行人也会更容易的了解什么是3d打印机，它的工作原理是什么，都有哪几种3d打印机。我也希望给大家看完后，发出“原来如此”的感叹的文章。

　　图 纸张打印机，是不是看不清，没事这个就是让大家感觉一下而已，稍后有X图。

　　众所周知纸张打印机打印的是平面的图像，而数码图像也就是我们放大之后看到的一个个纯颜色的“像素”点拼合成的玩意，这东西可以看成是用每一个坐标点标记一个颜色值作为存储。

　　首先我们最需要的东西就是这个喷头，它需要一个一个的喷“像素”，好的，我们看下喷头一般是怎么回事。

　　这个纸可以被一个滚轮带下来，也就是完成了Y轴的移动，中间的那位灵动的小喷头左右移动，也就等于完成了X轴的移动，那么这样一来，一个平面的图片就被打印出来了。

　　对，这个就是学名叫同步带我们一般叫做齿带的东西，这个东西一旦和齿轮配合，就可以做到自由的进行传动，也就是说一般来说，像打印机这种很灵敏的设备，一般都需要齿带作为传动装置。

　　也就是说我们常见的3d打印机里，打印的材料从墨汁换成了“热塑性塑料”，什么叫热塑性塑料呢，这种塑料一旦加热就变得软塌塌的熔融状态，但是一旦冷却又恢复原样。现在最常见的3d打印材料主要是ABS和PLA，ABS是个极其常见的合成塑料了，本质是A（丙烯睛）kaiyun、B（丁二烯）、S（苯乙烯），算了忘了就好。PLA又叫聚乳酸，这东西熔点很低，基本在185°C就可以熔融加工，所以也就是最常见的打印材料了，至于为什么这材料是和毛线一样的线材，其实很简单，你要是把一把塑料（粒料）放在灼热的喷头里，不出两分钟就会堵死，这线材才是“细水长流”。

　　图 我在建模的时候，直接在上图里加上了这么一个小钢板，当然了小钢板就不能像纸那样被滚轮送下去了，所以我们在小钢板的下面也加上一个“同步带”，进行Y轴的传动。

　　这下好了，平台建立好了，X轴和Y轴都可以自由移动，小喷头可以自由的达到小钢板的任何一个位置了。

　　丝杠这东西，我们也可以理解为就是个大螺丝，和丝杠配合的地方是个螺母，这丝杠一旦被电机带动旋转，那么那个喷头就会自由的上下移动了。

　　这下好了，我们的喷头已经不是个普通的喷头了，它已经是一个可以在空间中随意移动的喷头了。

　　我们发现，所谓3d打印，本质上也就是把热塑性塑料熔化，然后再喷头处喷出更细的“丝线”，然后一层一层的向上喷，一层一层的向上叠加，本质上来说，3d打印仅仅是组合了一层一层的“平面”，使之变为立体。

　　图 这是用低精度3d打印机打印出来的几个物件，可以明显的看出分层叠加和一缕一缕的支撑线，但是在很多情况下这种精度已经绰绰有余了。

　　我们都知道如果打印一个平面图片，一般搞一个JPG的图片就好了，那么在3d打印中，我们平时都是用什么“文件”来进行打印的呢。

　　图 其实大家刚才看到的那个泛着金属光的打印机，就是用这个东西渲染出来的。

　　这种零件制造和装配为特长的建模软件。这两个算是比较偏工科的建模软件，如果是艺术性更强一点的还有大家熟知的

　　等建模软件，虽然这些软件的建模原理并不完全相同，但是核心也无非就是以面成体，这世界上所有的“体”，本质上都是由面来“堆积”出来的，所以建模软件的工作模式也是如此，几乎全世界的建模软件都有一个最基本的口令，那就是——

　　所以说要想完成一个差不多的3d打印作品，首先还是要解决建模这一关的，不过因为我不是艺术类，建模能力还是比不上一些动画大神的，只能说建模一些工业零件和产品外壳还可以。

　　那么无论是犀牛的3dm格式，还是3dmax 的max格式，或者是directX模式等等，我们都可以用各自的软件将其保存为STL模式，也就是适用于3D打印的模式。

　　好了，那么下一步就是把STL模式的文件导入驱动软件中，我们就可以开始打印了。

　　图 PLA打印的低精度3d打印的驱动软件，我们可以看到上面打印时的各种参数，当然还有一开始我讲的，我们可以用上面的圆盘来调试X、Y、Z轴的移动，用下面的按钮控制温度，由于在岛国，所以只能照一个日文的了。

　　其实这个已经是结束时候的样子了，我们可以用这个实物图看看3d打印机的内部，其实和我一开始的建模图差不多，但是可能看起来乱七八糟的线更多一些。

　　就像我们熟知的，现在的平面打印机，除了喷墨以外，还有着激光打印机，静电打印机等等，那么3d打印机也一样，但是别看名字叫的花里胡哨，其实本质上的工作原理还是我刚才说的那样。

　　比如平面的激光打印机，本质上就是将光束“图像”通过“硒鼓”转化成静电“图像”，然后将一整片墨粉有选择的“固化”打印机，然后转印到纸张上。

　　其实不琢磨这个也可以，简单点说，就是一个是喷头自由移动喷墨固化，一个是激光静电在一大片墨粉的海洋里有选择的固化。

　　所以其实除了上面说的，分层使用热塑性塑料的3d打印机，还有一种和平面激光打印机原理很相似的高精度3d打印机。

　　我们可以看出来，这种打印机是以激光束有选择的凝固热固性塑料的“海洋”，进行精度更高的打印，但是本质上的工作原理仍然是先X、Y形成平面然后Z轴一层层叠加打印的模式。

　　这是一种精度极高的3d打印，只不过是把上面的液体换成了粉末材料，通过激光对粉末的海洋进行选择性的熔融，其实有点类似平面的激光打印机，但是3d造型的本质仍然是上面所说的模式。SLS的打印模式已经可以应用于金属3d打印上了，算是3d打印中的一个极大的进步。

　　图 我在岛国的实验室的AGILISTA，算是日本非常不错的一个高精度3d打印机了。

　　图 用高精度3d打印机打印的solidworks零件，这种材质所打印出来的弹簧还具有弹性，这种精度也可以应付一些医疗器械了。

　　好了，就说这么多了，已经5点了，在知乎上回答了比较多的人文类问题得到大家很多的支持，遇到自己专业的东西自然更希望更好的像大家普及这方面的知识。

　　3DP全称Three Dimensional Printing（三维打印）。这才是线D打印！因为这种技术和平面打印非常相似，连打印头都是直接用平面打印机的。和SLS类似，这个技术的原料也是粉末状的。典型的3DP打印机有两个箱体。如上图所示，左边为储粉缸，右边为成型缸。打印时，左边会上升一层（一般为0.1mm），右边会下降一层，滚粉辊把粉末从储粉缸带到成型缸，铺上厚度为0.1mm的粉末。打印机头根据电脑数据把液体打印到粉末上。（平面打印机的Y轴是纸在动，而3DP的Y轴是打印头在动）液体要么是粘合剂要么是水（用于激活粉末中粉状粘合剂）。

　　这种思路的方法被称为「增材制造技术」，即通过让材料逐渐累积起来变成我们想要的零件。

　　与普通打印机相比，就是像把油墨换了一种材料，可以理解为一种塑料丝。这种塑料丝经过打印机喷头的时候会被加热，塑料丝就会化掉，变成液体，从喷头出来后遇到空气又凝固。喷头不停地移动到指定位置，喷出塑料液，等它凝固后，再移动到下一个位置，最终成型。打个比方的话，我觉得像蛋糕店做裱花蛋糕，把奶油挤在特别的位置，做出造型。

　　使用的材料一般是液体，叫光敏树脂，这种液体，一旦遇到特定的光线（一般是紫外光）就会凝固起来。利用这个特性，我们先在底座上倒上薄薄的一层液体，再用紫外光照射特定的位置，等它凝固后，把底座向下移动一点，上面倒第二层液体，照射第二层的指定位置，然后第三层……周而复始，最后从液体池子里捞出凝固的那部分就 OK 了。

　　这种方式使用的原材料，可以把它想象成不干胶纸片，就是背后有可以黏在别的东西上的小薄片。第一片放平台上，用激光或者别的方式切成我们想要的样子，然后贴上第二片，切第二片，再贴上第三片……

　　用胶水把粉末材料粘起来！具体来说就是在底座上铺上薄薄的一层粉末，然后有一个喷头在这一层的指定位置喷出特制的胶水，被喷了胶水的地方，粉末就会被粘住。比作普通打印机的话，就是把纸变成了一层粉末，墨水变成了胶水。一层粉末打印完成后，铺第二层在上面，然后打印第二层的图样，再铺第三层……周而复始，最后把粘住的整体从粉末堆里面拿出来，就是我们的零件了。

　　这个的原材料也是粉末状，特点是高温可以使得这些粉末熔掉。那么铺一层粉末，用激光把指定位置的粉末融掉后，等它凝固起来，然后铺第二层，烧结第二层，然后第三层……就成一个整体了。这种技术有两个比较大的分支，一个是选择性激光烧结技术（英文：Selective Laser Sintering，又叫 SLS），另一个是选择性激光融化技术（英文：Selective Laser Melting，又叫 SLM）。

　　SLS 是融化塑料粉末，比如在打印金属件时，需要在金属粉末中混入塑料粉末， 让被激光融的塑料粉做为粘结剂。而SLM 则是黑科技般的存在，它直接将金属粉末融化，是目前技术含量最高（想想那瞬间融化金属的温度和需要的准确度），产品结构和力学性能最好（直接金属一体成型）的技术，当然，也是成本最高的技术。2017 年，西门子开始用选择性激光熔化（SLM）的增材制造技术打印燃气轮机的燃烧器。

　　可能知友们已经发现了：3D 打印基本都是一层一层实现的，要想做得细腻光滑精致又美观，每一层就要越薄越好，所以会大大增加制造的时间；

　　使用的材料很关键，熔点高了，打印的时候就要给材料更高的温度才能融化它，这也是为什么咱们在某宝上卖的都是使用熔点较低的塑料材料，要想在工业上用，当然金属的更好啦~~可是金属熔点高啊，大家见过炼钢厂的高炉吧，反过来这也是 SLM 技术黑科技的地方之一；

　　比如西门子开始将 3D 打印技术用于制造燃气轮机叶片，消防水泵金属叶轮等；我们说个不常见的：燃气轮机的燃烧器。

　　燃气轮机是热力发动机的一种，看起来就是个管子，空气从管子的一头被吸进去，在管子内部和燃料混合（燃料可以是天然气、煤油、汽油，等等你能想到的任何东西），然后被点燃， 在管子内部燃烧kaiyun，瞬间达到上千度的高温，被吸入的空气受热膨胀，从管子的另一头喷出。利用这个喷出的气流，就可以带动各种发电机、引擎或别的设备，实现了把燃料的热能转化为机械动能的功能。

　　首先，必须耐高温，因为内部会燃烧，而且燃烧的温度越高，空气在内部膨胀的比例就越大，向后喷出的气流也就越大，能更高效地转化动能；

　　第二，必须耐高压，密封严实，不然，好不容易产生的膨胀空气从细缝漏走了，影响效率。

　　有了以上两个最基本的要求，还需要优化各个部件的外形，使得气体在喷出时遇到的阻力最小，从而最高效地提供动力，还要求它高强度，不易变形。

　　对于能满足耐高温、耐高压、高强度的材料，本来加工就困难（耐高温了，就意味着难融化掉；耐高压、高强度，就意味着外力很难对它造成影响）既要做到这几点，又要容易加工，简直就是不可调和的矛盾；而且让工程师们抓狂的是，为了提高设备的能力转化效率，在这个部件的外形上需要考虑燃烧学、流体力学、热力学等物理原理的要求，减小气流通过时的阻力，因此零部件的外形可谓是千奇百怪。

　　西门子利用增材制造技术打印出了全球第一个应用于 SGT-700 燃气轮机的燃烧器，这个燃烧器长这样子 ↓

　　3D打印技术也已经被应用在汽车生产制造领域，改变了交通工具的生产方式。下面这这辆被称为「银色悍匪」的跑车复印机，就是世界上第一辆在虚拟现实中开发并利用人工智能和3D打印技术生产的汽车。汽车的未来也许将被3D打印技术彻底颠覆——汽车行业的生产和商业模型将产生巨大的变革。

　　简单来说，3D打印就是指通过可以“打印”出线D打印机，采用分层加工、迭加成形的方式逐层增加材料来最终制造出立体实物。说的稍微专业点就是软件通过电脑辅助设计技术完成一系列数字切片，并将这些切片的信息传送到3D打印机上，而3D打印机会利用原材料将连续的薄型层面逐层堆叠起来，直到一个固态物体成型，所以工业上也叫快速成型，3D打印机也叫快速成型机。由于具体堆叠的形式有多种多样，因此产生了多种3D打印工艺，每种工艺能够打印的材料类型也不相同，如常见的有SLA（激光固化光敏树脂成型）、FDM（熔融挤压堆积成型）、3DP(三维喷涂粘结成型)、SLS（选择性激光烧结成型）、Ployjet（喷墨成型）等。“这五种主流的3D打印工艺我们这里都有设备”北京上拓科技有限公司市场营销总监邵先生指着一排排的机器如是说，“目前3D打印可打印的材料主要有石膏、尼龙、abs塑料、pc、树脂、金属、陶瓷等，3D打印所用的这些原材料都是专门针对3D打印而研发的一种新材料，并不是普通意义的石膏、塑料、树脂，而原材料的形态一般有粉末状、丝状、液体状。”

　　该技术以光敏树脂为原料，将计算机控制下的紫外激光按预定零件各分层截面的轮廓为轨迹对液态树脂逐点扫描，使被扫描区的树脂薄层产生光聚合反应，从而形成零件的一个薄层截面。当一层固化完毕，移动工作台，在原先固化好的树脂表面再敷上一层新的液态树脂以便进行下一层扫描固化。新固化的一层牢固地粘合在前一层上，如此重复直到整个零件原型制造完毕。

　　该法采用CO2激光器作能源，目前使用的造型材料多为各种粉未材料。在工作台上均匀铺上一层很薄（100μ~200μ）的粉未，激光束在计算机控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，一层完成后再进行下一层烧结。全部烧结完后去掉多余的粉未，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。目前，成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉、金属粉、陶瓷粉。

　　3DP技术是麻省理工学院发明并申请专利的，由ZCORP公司进行商业化。该项技术自1994年发明并逐步走向市场后，在近三四年时间呈飞速发展趋势。该种成型工艺的原理是将粉末由储存桶送出一定分量，再以滾筒将送出之粉末在加工平台上铺上一层很薄的原料，喷嘴依照3D电脑模型切片后获得的二维层片信喷出黏著剂，黏著粉末．做完一层，加工平台自动下降一点，储存桶上升一点，刮刀由升高了的储存桶把粉末推至工作平台並把粉末推平．再喷黏著剂，如此循环便可得到所要的形状，常用的ZCorp立体打印材料是石膏粉。该种工艺是目前唯一可打印全彩色样件的3D打印工艺。

　　沿着X轴前后滑动，在成型室里铺上一层超薄的光敏树脂。每铺完一层后，喷头架边上的紫外光球立即发射紫外光，快速固化和硬化每层光敏树脂。这一步骤减少了使用其他技术所需的后处理过程。每打印完一层，机器内部的成型底盘就会极为精确地下沉，而喷头继续一层一层地工作，直到原型件完成。成型时使用了两种不同的光敏树脂材料：一种是用来成型实体部件的成型材料，另一种类胶体的用来支撑部件的支撑材料。

　　编纂3D打印的教科书时负责的便是编辑其中关于打印机工作原理和应用的章节，因此特来挖坑补充。

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